[發明專利]一種具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統

在審

• 申請號: 202010583581.1
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111537069A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 朱新勇;劉永利;郭永玲;王玉建;張朝惠;初文怡;張磊;管玉超;劉虎
• 申請（專利權）人: 青島青源峰達太赫茲科技有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01N21/3581;G01N21/01;G01K11/32
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 付麗麗

1.一種具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，其特征在于，包括飛秒激光器、一級光纖分路器、太赫茲光譜單元、脈沖光調制單元、分布式光纖傳感器單元和信號采集處理單元，一級光纖分路器將飛秒激光器產生的飛秒脈沖激光分為激發光和激勵光，激發光傳輸到太赫茲光譜單元產生攜帶樣品信息的電流信號，激勵光經脈沖光調制單元調制為調制脈沖光，調制脈沖光輸送到分布式光纖傳感器單元產生攜帶溫度信息的模擬信號，信號采集處理單元分別與太赫茲光譜單元和分布式光纖傳感器單元連接，采集并處理攜帶樣品信息的電流信號和/或攜帶溫度信息的模擬信號。

2.根據權利要求1所述的具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，其特征在于，所述脈沖光調制單元包括光纖隔離器、脈沖展寬裝置和電光調制器，光纖隔離器與一級光纖分路激勵光輸出端連接，約束激光傳輸方向，脈沖展寬裝置和光纖隔離器連接，對飛秒激光脈沖進行定量展寬，將飛秒級脈沖展寬至納秒級，電光調制器和脈沖展寬裝置連接，用于飛秒脈沖序列的幅度調制，得到調制脈沖光。

3.根據權利要求2所述的具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，其特征在于，所述分布式光纖傳感器單元包括粗波分復用器、感溫光纖和光電探測器，粗波分復用器和電光調制器連接，粗波分復用器通過第二端口與電光調制器連接，感溫光纖與粗波分復用器的第一端口連接，調制脈沖光在光纖中的傳輸，產生反斯托克斯光，攜帶光纖不同位置溫度信息的反斯托克斯光返回粗波分復用器，光電探測器與粗波分復用器的第三端口連接，在與輸出調制信號同步脈沖觸發下，將返回的攜帶光纖不同位置溫度信息的反斯托克斯光進行光電轉換，輸出模擬信號。

4.根據權利要求3所述的具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，其特征在于，所述太赫茲光譜單元包括二級光纖分路器、光纖延遲線、調制偏壓源、太赫茲發射天線和太赫茲探測天線，二級光纖分路器與一級光纖分路的激發光輸出端連接，將激發光分為泵浦光和探測光，二級光纖分路器的泵浦光輸出端與太赫茲發射天線連接，調制偏壓源與太赫茲發射天線連接，用于產生偏置電壓，二級光纖分路器探測光輸出端通過光纖延遲線與太赫茲探測天線連接，在泵浦光和調制偏壓源的共同作用下，太赫茲發射天線產生脈沖太赫茲波，太赫茲波經過自由光路準直后再重新聚焦到太赫茲探測天線上，與此同時，經過二級光纖分路器輸出的探測光通過光纖延遲線后在太赫茲探測天線上相遇，并在光電導天線產生自由載流子，自由載流子在太赫茲探測天線產生感應電場下產生遷移，形成與太赫茲信號強度成正比的電流信號。

5.根據權利要求4所述的具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，其特征在于，所述信號采集處理單元包括信號采集和數據處理單元以及PC機，信號采集和數據處理單元與太赫茲探測天線連接，采集與太赫茲信號強度成正比的電流信號，信號采集和數據處理單元與飛秒激光器連接，控制飛秒脈沖激光的產生，信號采集和數據處理單元與調制偏壓源連接，控制偏置電壓的產生，信號采集和數據處理單元與電光調制器連接，發送給電光調制器調制信號，信號采集和數據處理單元與光電探測器連接，采集輸出的模擬信號，PC機與信號采集和數據處理單元連接，用于綜合系統的數據處理、分析、可視化展示以及存儲。為避免不同系統間的流程交叉，信號采集和數據處理單元包含異步模式工作的兩路調制信號輸出和兩個采集通道，其中一路調制信號輸出與飛秒激光器、調制偏壓源連接，其中一個采集通道與太赫茲探測天線連接，另一路調制信號輸出與電光調制器連接，另一個采集通道與光電探測器連接。

6.根據權利要求5所述的具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，其特征在于，經過一級光纖分路器后，用于太赫茲光譜和成像系統的光功率一般不小于80mw，用于光纖溫度傳感系統的光功率一般不大于10mw，經過電光調制器后的平均功率不大于2mw。

7.根據權利要求6所述的具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，其特征在于，為保證傳感系統良好的信噪比水平，電光調制器的消光比參數不小于35dB。

8.根據權利要求7所述的具有分布式測溫功能的太赫茲時域光譜和成像系統，其特征在于，在隔離器前放置光纖擾偏器，將線偏振光轉化為自然偏振光。